Меню

Чему равно общее напряжение электрической цепи

Закон Ома — подробное объяснение. Как применяется закон Ома, электротехника ТОЭ

Один из основных законов, используемый при расчете электрических цепях – это закон Ома.

В сегодняшней статье поговорим о законе Ома . Этот закон является одним из самых важных законов электротехники, теории цепей и физики в целом. С электрическим током, напряжением и электрическим сопротивлением мы уже ознакомились в предыдущих статьях.

Для того, чтобы по проводнику начал протекать электрический ток, необходимо к концам проводника приложить напряжение , т. е. создать разность потенциалов. Рассмотрим участок цепи, состоящий из одного резистора, к концам которого приложено напряжение.

Если подать напряжение на резистор, то через него потечет электрический ток . Ток через резистор потечет от большего потенциала к меньшему (в данном случае стрелкой под напряжением мы указали, что потенциал в точке 1 больше потенциала в точке 2).

Или эту же самую схему, можно представить еще раз, но указать не напряжение U, а ЭДС Е.

Рисунок 2 - Простейшая схема цепи, содержащая резистор и ЭДС

Только источник ЭДС Е будет направлен от точки 2 к точке 1 (так как ранее мы сказали, что φ1 больше чем φ2). А у ЭДС “+” всегда больше чем “-“ . Поэтому “плюсом” ЭДС Е подключим к точке 1, а “минусом” к точке 2.

Вернемся к рисунку 1.

Разность потенциалов на концах проводника запишется:

Чем больше напряжение U12, тем больше будет ток, т. е. тем большую скорость движения приобретут частицы. Но любой проводник будет оказывать сопротивление протекающему по нему току . Сила тока будет зависеть от сопротивления проводника. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока в проводнике. Если этот проводник состоит из участка провода, то его сопротивление будет зависеть от длины провода, площади сечения и удельного сопротивления.

Сила тока, обратно пропорциональна сопротивлению проводника по которому протекает ток.

Рисунок 3 - Закон Ома для участка цепи не содержащей ЭДС

Закон Ома звучит следующим образом : ток на участке электрической цепи (в данном случае в ветви с резистором), не содержащем источников энергии, прямо пропорционален приложенному к этому участку напряжению, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка (рисунок 1).

В случае же если участок электрической цепи, в данном случае ветвь, содержит источник энергии Е и сопротивление R:

Рисунок 4 - Участок цепи(ветвь), содержащий резистор и ЭДС

Будем считать, что ток течет от точки 1 к точке 2 ( это условно положительное направление тока)

Запишем закон Ома для этого участка цепи. Ток всегда течет от большего потенциала к меньшему (фи1>фи2), тогда

Рисунок 5 - Обобщенный закон Ома для участка цепи содержащий ЭДС

В данном выражении потенциал от которого течет ток (φ1) берется со знаком “+”, а потенциал к которому течет ток, берется со знаком “-”. Поэтому φ2 записан со знаком “-”. ЭДС берется со знаком “+”, если его действие совпадает с направлением тока (в данном случае I и E сонаправлены, поэтому ЭДС E взяли с “плюсом”). А в знаменателе выражения закона Ома для тока I, записывается сопротивление этого участка R.

Рассмотрим еще одну цепь (замкнутую), в которой есть ЭДС E с внутренним сопротивлением r0. К этому источнику с внутренним сопротивлением подключается резистор сопротивлением R.

Рисунок 6 - Простая цепь, содержащая ЭДС с внутренним сопротивлением и резистором нагрузки

В данной цепи сопротивление r0 и R включены последовательно и ток I через них протекает один и тот же.

Читайте также:  Какова эдс источника напряжения если сторонние силы совершают работу 10 дж при разделение зарядов

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении запишется:

Тогда по закону Ома:

Рисунок 7 - Закон Ома для полной цепи, состоящей из резистора нагрузки и ЭДС с внутренним сопротивлением

В знаменателе этого выражения общее сопротивление цепи (или участка цепи) по которой протекает ток (в данном случае сопротивление этого участка состоит из последовательно включенных сопротивлений r0 и R).

А в числителе записан источник ЭДС E со знаком “+”, т. к. действие источника совпадает с направлением тока .

Полученное выражение представляет собой закон Ома для полной цепи: Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС, действующей в цепи, и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.

О правилах Кирхгофа и законе Джоуля-Ленца мы поговорим далее.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Источник



Закон Ома

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока (I) на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

Напряжение: U = В
Сопротивление: R = Ом

Сила тока

Формула

Пример

Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а его электрическое сопротивление R = 2 Ом, то:

Сила тока на этом участке I = 12 /2= 6 А

Найти напряжение

Сила тока: I = A
Сопротивление: R = Ом

Напряжение

Формула

Пример

Если сила тока на участке цепи I = 6 А, а электрическое сопротивление этого участка R = 2 Ом, то:

Напряжение на этом участке U = 6⋅2 = 12 В

Найти сопротивление

Напряжение: U = В
Сила тока: I = A

Сопротивление

Формула

Пример

Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а сила тока на участке цепи I = 6 А, то:

Электрическое сопротивление на этом участке R = 12 /6 = 2 Ом

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи гласит, что сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи электродвижущей силе (ЭДС) и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Формула

Пример

Если ЭДС источника напряжения ε = 12 В, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:

Сила тока I = 12 /4+2 = 2 А

Найти ЭДС

Сила тока: I = А
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:

ЭДС ε = 2 ⋅ (4+2) = 12 В

Найти внутреннее сопротивление источника напряжения

Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом

Внутреннее сопротивление источника напряжения: r =

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:

Внутреннее сопротивление источника напряжения r = 12/2 — 4 = 2 Ом

Найти сопротивление всех внешних элементов цепи

Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Сопротивление всех внешних элементов цепи: R =

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:

Читайте также:  Что опасней пониженное напряжение

Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = 12/2 — 2 = 4 Ом

Источник

Последовательное и параллельное соединение

Содержание

  1. Последовательное соединение проводников
  2. Сопротивление при последовательном соединении проводников
  3. Сила тока через последовательное соединение проводников
  4. Напряжение при последовательном соединении проводников
  5. Параллельное соединение проводников
  6. Сопротивление при параллельном соединении проводников
  7. Напряжение при параллельном соединении проводников
  8. Сила тока при параллельном соединении проводников

Последовательное и параллельное соединение очень широко используется в электронике и электротехнике и порой даже необходимо для правильной работы того или иного узла электроники. И начнем, пожалуй, с самых простых компонентов радиоэлектронных цепей – проводников.

Для начала давайте вспомним, что такое проводник? Проводник – это вещество или какой-либо материал, который отлично проводит электрический ток. Если какой-либо проводник отлично проводит электрический ток, то он в любом случае обладает каким-либо сопротивлением. Сопротивление проводника мы находим по формуле:

ρ – это удельное сопротивление, Ом × м

R – сопротивление проводника, Ом

S – площадь поперечного сечения, м 2

l – длина проводника, м

Более подробно об этом я писал здесь.

Следовательно, любой проводник представляет из себя резистор с каким-либо сопротивлением. Значит, любой проводник можно нарисовать так.

Последовательное соединение проводников

Сопротивление при последовательном соединении проводников

Последовательное соединение проводников – это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.

Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.

Получается, можно записать, что

У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.

R общее =R 1 + R 2 + R 3 = 3+5+2=10 Ом.

То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор R AB .

показать на реальном примере с помощью мультиметра

Сила тока через последовательное соединение проводников

Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.

Получается, если через резистор R AB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R 1 , R 2 , R 3 , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор R AB .

Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R 1 течет такая же сила тока, как и через резистор R 2 и такая же сила тока течет через резистор R 3 .

Напряжение при последовательном соединении проводников

Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами

Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?

Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на любом резисторе. Давайте так и сделаем.

Читайте также:  Анализатор качества напряжения сети

Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.

Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.

Получается, что в данном случае R AB =R 1 + R 2 + R 3 = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.

Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения U R1 , U R2 , U R3 . Но как это сделать?

Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.

U R2 = IR 2 = 1×3=3 Вольта

Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.

Мы получили самый простой делитель напряжения.

Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.

Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников выглядит вот так.

Ну что, думаю, начнем с сопротивления.

Сопротивление при параллельном соединении проводников

Давайте пометим клеммы как А и В

В этом случае общее сопротивление R AB будет находиться по формуле

Если же мы имеем только два параллельно соединенных проводника

То в этом случае можно упростить длинную неудобную формулу и она примет вид такой вид.

Напряжение при параллельном соединении проводников

Здесь, думаю ничего гадать не надо. Так как все проводники соединяются параллельно, то и напряжение у всех будет одинаково.

Получается, что напряжение на R1 будет такое же как и на R2, как и на R3, так и на Rn

Сила тока при параллельном соединении проводников

Если с напряжением все понятно, то с силой тока могут быть небольшие затруднения. Как вы помните, при последовательном соединении сила тока через каждый проводник была одинакова. Здесь же совсем наоборот. Через каждый проводник будет течь своя сила тока. Как же ее вычислить? Придется опять прибегать к Закону Ома.

Чтобы опять же было нам проще, давайте рассмотрим все это дело на реальном примере. На рисунке ниже видим параллельное соединение трех резисторов, подключенных к источнику питания U.

Как мы уже знаем, на каждом резисторе одно и то же напряжение U. Но будет ли сила тока такая же, как и во всей цепи? Нет. Поэтому для каждого резистора мы должны вычислить свою силу тока по закону Ома I=U/R. В результате получаем, что

Если бы у нас еще были резисторы, соединенные параллельно, то для них

В этом случае, сила тока в цепи будет равна:

Вычислить силу тока через каждый резистор и силу тока в цепи, если известно напряжение источника питания и номиналы резисторов.

Воспользуемся формулами, которые приводили выше.

Источник